(57)【要約】      （修正有）【課題】  透明性の良好な流路を有するプラスチック製品、特に流路部分の透明性が良好なために光学的な分析の精度や感度の良好なプラスチック製マイクロ分析チップ、マイクロリアクターチップ、さらにはバイオチップを提供すること。【解決手段】  プラスチックから構成されるプラスチック製品において、その内部もしくは表面に幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の微細流路を保有し、かつ微細流路部分の光の透過率が７０％以上であるプラスチック製品、特にプラスチック製マイクロ分析チップ、マイクロリアクターチップ、さらにはバイオチップ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックから構成されるプラスチック製品において、その内部もしくは表面に幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の微細流路を保有し、かつ微細流路部分の光の透過率が７０％以上であることを特徴とするプラスチック製品。
【請求項２】
前記微細流路部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下である請求項１記載のプラスチック製品。
【請求項３】
前記微細流路部分における偏光顕微鏡の直交ニコル下における光の透過率が３０％以下である請求項１又は２記載のプラスチック製品。
【請求項４】
前記微細流路の形成が切削加工、ホットエンボス成形、又は射出成形によるものである請求項１〜３いずれか記載のプラスチック製品。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載のプラスチック製品から構成されたマイクロリアクターチップ。
【請求項６】
請求項１〜４いずれか記載のプラスチック製品から構成されたバイオチップ又はマイクロ分析チップ。
【請求項７】
核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである請求項６記載のプラスチック製のバイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細流路を有するプラスチック製品、特に分析精度良好なプラスチック製マイクロ分析チップもしくはマイクロリアクターチップに関するものであり、更にはプラスチック製バイオチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、創薬研究や臨床検査のハイスループット化を達成する手段として、生理活性物質を固層基板上に固定化したデバイスであるバイオチップが注目されている。固定化される生理活性物質としては、核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーなどが代表的なものであり、特に核酸を固定化したバイオチップである核酸マイクロアレイはすでに多数の商品が上市されている。チップの形態としては、平板の基板上に各種生理活性物質がスポットされ固定化されている形態であり、主に研究機関における研究分析用に活用されている。
【０００３】
さらに近年、マイクロ分析チップとか、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ  ｔｏｔａｌ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）とか、ラボオンチップと呼ばれる、微細加工技術を利用した化学反応や分離、分析システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロチャネル（微細流路）上で各種の化学反応、特に生理学的反応を行うことが可能となっている。このシステムにおいては、微少量のサンプルを迅速分析できるため、この特長を生かした次期のバイオチップ、特に医療機関における診断用バイオチップとして商品化されることが期待されており、注目されている（これ以降、これらのシステムを、マイクロ分析チップと称する）。また同じく微細流路を保有するが、マイクロ分析チップと異なり分析目的ではなく、物質生産を目的とするマイクロリアクターチップも検討されている。
【０００４】
このマイクロ分析チップやマイクロリアクターチップは、現在はガラス製やシリコン製やステンレス製のものが主流である。例えばガラス基板でマイクロ分析チップを作成する場合は、ガラス基板表面にクロム、さらにフォトレジスト樹脂をコートし、レジストを露光してマイクロチャネルのパターンを焼いた後に、レジストの現像、さらにはフッ酸によるエッチング処理を行う方法がある。加工にかなりの手間が必要である。シリコンやステンレスに関しても同様で、大量生産には向かない。そこで成形や切削加工で安価に生産できるプラスチックに注目が集まっている。
【０００５】
プラスチック製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々のプラスチックを用いて射出成形、ホットエンボス成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能であるため、大量生産に向いている。しかし反面、成形加工は少量生産に不向きのため、プラスチック製品を少量多品種製造する場合には成形加工ではなく切削加工が好適に用いられる。これらの加工により比較的性能の良好なプラスチック製マイクロ分析チップもしくはマイクロリアクターチップを生産することが可能である。しかしプラスチック製のチップにはまだ問題が有り、実用化が不十分である。問題点はいろいろあるが、その一例としては透明性の不足が挙げられる。分析対象もしくは生産対象の化学物質を検出するために、通常は光学的検出装置、たとえば蛍光強度の確認や、熱レンズ顕微鏡による検出、ＩＲスペクトルやＵＶスペクトルによる検出などが好適に行われるが、その多くはチップに光を入射し、反対面もしくは入射面から光の強度を確認するという方式である。それゆえプラスチック製、非プラスチック製を問わず、マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップ、特にマイクロ分析チップは透明性が高いことが要求される（特許文献１）。
【０００６】
しかし今まではもともと透明度の高いガラス製が主体であったため、透明性の数値については特に限定がされていなかった。ところがプラスチック製のマイクロ分析チップの場合、プラスチックそのものの透明性がガラスより劣る傾向がある上に、微細流路の加工方法によっては微細流路部分の透明性すなわち光の透過率が著しく劣る場合が有り、分析対象もしくは生産対象の化学物質の検出感度が大幅に低下する傾向が見られている。それゆえ微細流路の透明性を数値化限定することがこれらのマイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにきわめて重要であると判断された。
【０００７】
【特許文献１】特許公開２００４−３４０７５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、透明性の良好な流路を有するプラスチック製品、特に流路部分の透明性が良好なために光学的な分析の精度や感度の良好なプラスチック製マイクロ分析チップ、マイクロリアクターチップ、さらにはバイオチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、微細流路を有するプラスチック製品、特にプラスチック製マイクロ分析チップならびにマイクロリアクターチップにおいては、微細流路における光の透過率が重要な因子であることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、
（１）プラスチックから構成されるプラスチック製品において、その内部もしくは表面に幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の微細流路を保有し、かつ微細流路部分の光の透過率が７０％以上であることを特徴とするプラスチック製品、
（２）前記微細流路部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下である（１）１記載のプラスチック製品、
（３）前記微細流路部分における偏光顕微鏡の直交ニコル下における光の透過率が３０％以下である（１）又は（２）記載のプラスチック製品、
（４）前記微細流路の形成が切削加工、ホットエンボス成形、又は射出成形によるものである（１）〜（３）いずれか記載のプラスチック製品、
（５）（１）〜（４）いずれか記載のプラスチック製品から構成されたマイクロリアクターチップ、
（６）（１）〜（４）いずれか記載のプラスチック製品から構成されたバイオチップ又はマイクロ分析チップ、
（７）核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである（６）５記載のプラスチック製のバイオチップ、
である。
【発明の効果】
【００１１】
微細流路を有するプラスチック製品、特にプラスチック製マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにおいて、微細流路部分の光の透過率を限定することにより、各種の光学的検出に対して良好な性能を有するチップを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、微細流路を保有するプラスチック製品に関するものであり、特にプラスチック製マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップに関するものである。それらの定義としては、プラスチックの表面ないしは内部に、液体、気体、超臨界流体、及びそれらの混合物化や、それらと固体成分の混合物を流すことを前提とする、微細流路加工がなされているものを示す。なお本発明における微細流路とは、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の溝を指す。溝（流路）の断面形状は特に限定せず、矩形、台形、三角形、半円形、更にそれらの複合形でも問題は無い。しかし矩形や台形のような、底面がプラスチック表面に対して平行な面を有する形状がもっとも好適に使用されるし、光学計測にも好適で有ると判断される。また微細流路の全体的な形状形状、例えば直線状態であるとかＹ字状であるとか屈曲しているとか、あるいは流路全体の長さなど、に関しても特に制限はなく、目的に応じた自由な形態を利用することに対し、いかなる制約もない。なおプラスチック製品の全体の形状としては、板状、キューブ状、直方体状、球状、その他のいかなる形状でも問題なく限定も無いが、板状が最も使用しやすいため好適に使用される。
【００１３】
本発明に使用されるプラスチックとは、たとえば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、各種シリコーン樹脂、半硬化もしくは完全硬化状態のフェノール樹脂、半硬化もしくは完全硬化状態のエポキシ樹脂、その他各種の熱可塑性もしくは熱硬化性プラスチック全般のことを示す。プラスチックの種類や重合度、融点やＴｇや弾性率、ガスバリヤ性などの物性に関して特に限定するものではない。さらには複数のプラスチックの複合体でも問題は無い。さらにプラスチックの表面又は内部に金属、金属酸化物、各種無機物質、生理活性物質、各種油状物質が混合／塗布／接着／埋設されていても問題は無い。なお光の透過率に関しては、透過率の高いプラスチック素材を選択するほうが望ましいが、本発明における光の透過率の限定はプラスチック素材に関する限定ではなく、プラスチック製品における微細流路部分における光の透過率を限定しているものであるため、使用されるプラスチック素材における光の透過率に関してもなんら制限がないといえる。
【００１４】
本発明で使用される微細流路の加工方法は、特に限定しないが、少量生産時の切削加工、大量生産時の射出成形やホットエンボス成形、ＲＩＭ成形、トランスファ成形などにより加工されることが望ましい。特に各種エンドミルによる切削加工、射出成形、又はホットエンボス成形がもっとも好適に使用される。
【００１５】
本発明における重要な技術的要素として、微細流路を有するプラスチック製品において、微細流路部分の光の透過率が７０％以上であることを特徴とする。マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにおいては、微細流路内を流れる液体の計測を行う場合、前述したようにもっぱら光学的手法で計測を行うため、その部分における光の透過率はきわめて重要になるからである。光の透過率の計測方法としては、プラスチック製品に入射する光の光量をＡ、プラスチック製品における微細流路部分を透過した光の光量をＢとした場合、微細流路部分における光の透過率Ｔ１（％）は下式（１）で示される。
Ｔ１（％）＝Ｂ／Ａ×１００          式（１）
光量Ａと光量Ｂの計測方法に関しては、特に限定はしないが、透過型の光学顕微鏡の画像解析によって光量を計測することが望ましい。また流路部分の光の透過率Ｔ１（％）の計測に用いられる光は、マイクロ分析チップもしくはマイクロリアクターチップにおいて内部情報の計測に用いられる光と同じ波長の光を用いることがもっとも望ましいが、可視光を用いて計測することも問題はない。微細流路部分における光の透過率が７０％未満である場合、そのプラスチック製品、特にプラスチック製マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにおいてはチップ外部からの光学的な計測の感度が低下し、マイクロチップとしての性能は劣化する。なお微細流路部における透過光の計測は、流路に水、各種有機溶媒、各種ガス、それらの混合流体、それらと固体成分の混合物、などを流していない状態、すなわち流路内に空気が入っている状態での計測であることとする。なお本発明のプラスチック製品における微細流路において、流路全体を通してすべての透過率が７０％以上で有る必要はなく、ごく一部、例えば光学的計測がなされる部分のみの透過率が７０％以上であれば問題ない。
【００１６】
本発明においては、微細流路部分における表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることが望ましい。流路の表面粗さが粗いと光の散乱が生じやすく、結果として流路における光の透過率が低下する傾向にあるためである。流路の表面粗さの計測は特に限定しないが、接触式の表面粗さ計、レーザー式の非接触型表面粗さ計、超深度顕微鏡などによる計測が望ましい。表面粗さＲａが０．２μｍを超える場合は、光による計測が困難になる可能性がある。
【００１７】
本発明においては、微細流路部分における偏光顕微鏡の直交ニコル下における光の透過率が３０％以下であることが望ましい。マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにおいては、微細流路内を流れる液体の計測を行う場合、前述したようにもっぱら光学的手法で計測を行うが、それゆえチップによる分析・計測結果は、その計測部分における光の偏向性に大きく影響されるためである。計測方法としては、偏光顕微鏡において、偏向子及びプラスチック製品を挿入しない場合の透過光の光量をＣ、直行ニコル状態の偏向子を挿入しかつプラスチック製品を挿入しない場合の透過光の光量をＤ、そして直行ニコル状態の偏向子を挿入しかつプラスチック製品を挿入して微細流路部分に焦点を合わせた場合の透過光の光量をＥとした場合、偏光顕微鏡の直交ニコルしたにおける光の透過率Ｔ２（％）は式（２）で示される。
Ｔ２（％）＝（Ｅ−Ｄ）／（Ｃ−Ｄ）×１００                式（２）
光量Ｃ、Ｄ，Ｅの計測方法に関しては、特に限定はしないが、偏光顕微鏡の画像解析によって光量を計測することが望ましい。また光量Ｃ，Ｄ，Ｅの計測に用いられる光は、マイクロ分析チップもしくはマイクロリアクターチップにおいて内部情報の計測に用いられる光の波長と同様のものを用いることがもっとも望ましいが、可視光を用いて計測することも問題はない。微細流路部分の偏光顕微鏡の直交ニコル下における光の透過率が３０％を超えた場合、そのプラスチック製品、特にプラスチック製マイクロ分析チップやマイクロリアクターチップにおいてはチップの分析感度が低下し、マイクロチップとしての性能は劣化する。なお微細流路部における透過光の計測は、流路に水、各種有機溶媒、各種ガス、それらの混合流体、それらと固体成分の混合物、などを流していない状態、すなわち流路内に空気が入っている状態での計測であることとする。なお本プラスチック製品における微細流路において、流路全体を通してすべてのＴ２が３０％以下で有る必要はなく、ごく一部、例えば光学的計測がなされる部分においてのみＴ２が３０％以下であれば問題ない。
【００１８】
本発明におけるプラスチック製品は、その使用目的、使用方法等に関して一切制限しない。ただしマイクロ分析チップやマイクロリアクターチップ、特に核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップ等のプラスチック製のバイオチップが好適な用途例として挙げられる。
【実施例】
【００１９】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１）
３ｃｍ角で厚さ１ｍｍの環状ポリオレフィンのシートに、０．２ｍｍ径のエンドミルにより切削加工を施し、図１に示したようなマイクロ流路（幅０．２ｍｍ、長さ１８ｍｍ、深さ０．１ｍｍ）を加工した。加工条件としては、エンドミル回転数は３万回転（ｒｐｍ）、送り速度は０．１ｍｍ／秒、切削深さのピッチは５０μｍごとに切削し、最終の流路深さは１００μｍとした。流路断面は矩形である。さらに１ｍｍφのドリルによって、図１に示したような貫通孔（内径１ｍｍ）を設けた。これに３ｃｍ角で厚さ１ｍｍの環状ポリオレフィンのシート（流路加工無し）をかぶせ、熱圧着によって封止することにより、マイクロ分析チップを得た。
【００２１】
（実施例２）
流路部分や蓋部分の素材として、３ｃｍ角で厚さ１ｍｍのポリメチルメタクリレートのシートを利用した以外は、実施例１と同条件で加工することによりマイクロ分析チップを得た。
【００２２】
（実施例３）
３ｃｍ角で厚さ１ｍｍのポリメチルメタクリレートのシートに、シリコンウエットエッチングによって得たマイクロ金型を利用してホットエンボッシング成形により図１の流路部分（幅０．２ｍｍ、長さ１８ｍｍ、深さ０．１ｍｍ）成形加工し、さらに１ｍｍφのドリルによって図１の貫通孔（内径１ｍｍ）を設けた。流路断面形状は台形である。これに３ｃｍ角で厚さ１ｍｍのポリメチルメタクリレートのシート（流路加工無し）をかぶせ、熱圧着によって封止することにより、マイクロ分析チップを得た。
【００２３】
（比較例１）
実施例１において、流路の加工条件として、エンドミル回転数は５０００回転（ｒｐｍ）、送り速度は０．５ｍｍ／秒とした以外は実施例１とまったく同様にしてマイクロ分析チップを得た。
【００２４】
（評価方法１）流路部分の光線透過率の計測：
透過型の光学顕微鏡を使用する。接眼部にはデジタルカメラを接続し、それで画像を保管できるようにしている。光源は電球による白色光を使用した。まず、マイクロ分析チップのサンプルを置かない状態で透過光の写真を撮る。次に、実施例１〜３、比較例１で得たマイクロ分析チップのサンプルを顕微鏡にセットし、流路部分に焦点を当てた状態で写真を撮る。ここでマイクロ流路には水や溶剤を流さず、流路には空気が入っている状態で計測する。サンプルの無い状態で取った写真を画像解析することにより光量Ａを算出した。サンプルを置いて流路部分に焦点を当てた状態で撮った写真を画像解析することにより透過光の光量Ｂを算出した。その結果を元に、式３に従って流路面の光の透過率Ｔ１を算出して求めた。
Ｔ１（％）＝Ｂ／Ａ×１００          式（３）
【００２５】
（評価方法２）流路部分の表面粗さの計測
レーザー式非接触方表面形状測定器を用いて、実施例１〜３及び比較例１で得たマイクロ流路の表面粗さを計測した。
【００２６】
（評価方法３）流路部分の偏向性の計測
偏光顕微鏡を計測に使用する。接眼部にはデジタルカメラを接続し、それで画像を保管できるようにしている。光源は電球による白色光を使用した。まず、マイクロ分析チップのサンプルを置かず、偏向子をいっさい入れない状態で、透過光の写真を撮る。次に、直交ニコル状態の偏向子を挿入して写真をとる。さらに実施例１〜３、比較例１で得たマイクロ分析チップのサンプルを顕微鏡にセットし、サンプルを回して最も明るい画像を得ることができるサンプル配置を選択した後に、を流路部分に焦点を当てた状態で写真を撮る。ここでマイクロ流路には水や溶剤を流さず、流路には空気が入っている状態で計測する。偏向子とサンプルの無い状態で取った写真を画像解析することにより光量Ｃを算出した。偏向子を挿入しサンプルの無い状態で取った写真を画像解析することにより光量Ｄを算出した。偏向子及びサンプルを挿入した状態で流路部分に焦点を当てた状態で撮った写真を画像解析することにより透過光の光量Ｅを算出した。その結果を元に、式４に従って流路面の光の透過率Ｔ２を算出して求めた。
Ｔ２（％）＝（Ｅ−Ｄ）／（Ｃ−Ｄ）×１００                式（４）
【００２７】
（評価方法４）流路部分の熱レンズ顕微鏡による計測
実施例１〜３、比較例１で得られたマイクロ分析チップのマイクロ流路部に水を満たし、その状態で熱レンズ顕微鏡を利用して計測を試みた。
【００２８】
（評価結果）
表1に流路部分の光線透過率結果、流路部分の表面粗さの計測結果、流路部分の偏向性の計測結果、流路部分の熱レンズ顕微鏡による計測結果を示す。比較例は流路の透明性が悪く光線透過率が低いため、その結果熱レンズ顕微鏡による計測が困難であるのに対し、実施例に関しては何れも問題がないことが確認された。
【００２９】
【表１】
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実施例１〜３、及び比較例１の評価結果
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例、比較例におけるマイクロ分析チップの形状を示す平面の模式図及び断面の模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  環状ポリオレフィン又はポリメチルメタクリレートのシート
２  切削加工又はホットエンボッシング成形によって加工されたマイクロ流路
３  切削加工によって得られた貫通孔
【図１】
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